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Il buco nero della Via Lattea ruota a una velocità incredibile e trascina con sé lo spaziotempo

La scoperta di un team di fisici su Sagittarius A* aiuta a comprendere il ruolo svolto dai buchi neri nella formazione e nell’evoluzione delle galassie: “La velocità è determinata da come il buco nero si nutre di materia, quindi da come cresce”.
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A cura di Valeria Aiello
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Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della via Lattea / Credit: EHT Collaboration
Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della via Lattea / Credit: EHT Collaboration

Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia, non si limita a ruotare. Lo fa quasi alla massima velocità possibile, alterando lo spaziotempo attorno a sé. Lo ha scoperto un team di fisici utilizzando i dati dell’osservatorio a raggi X Chandra della NASA, un telescopio spaziale appositamente progettato per rilevare le emissioni di raggi X provenienti da regioni molto calde dell’Universo.

La velocità di rotazione di un buco nero, spiegano gli studiosi, coordinati dall’astrofica Ruth Daly della Pennsylvania State Univerisity, è determinata da come questa regione dello spazio si nutre di materia, quindi da come cresce. Con la sua rapida rotazione, il buco Sagittarius A* al centro della Via Lattea “altera drasticamente la forma dello spaziotempo nelle sue vicinanze – precisa Daly – . Ciò significa che trascina tutto lo spaziotempo con sé, schiacciandolo. In un certo senso è come un pallone da calcio”.

Un buco nero che ruota trascina lo spaziotempo intorno a sé

Lo spaziotempo è il continuum quadridimensionale che descrive il modo in cui vediamo lo spazio, fondendo insieme il tempo unidimensionale e lo spazio tridimensionale per rappresentare il tessuto spaziale che si curva in risposta ai massicci corpi celesti.

Mentre la rotazione di un pianeta o di una stella è governata dalla distribuzione della sua massa, la rotazione di un buco nero è descritta dal suo momento angolare – aggiunge Xavier Calmet , fisico teorico dell'Università del Sussex – . A causa delle forze gravitazionali estreme vicino a un buco nero, la rotazione fa sì che lo spaziotempo diventi molto curvo e attorcigliato, formando quella che è conosciuta come l’ergosfera. Questo effetto è esclusivo dei buchi neri e non si verifica con corpi solidi come pianeti o stelle”.

La rotazione di un buco nero è quindi diversa da quella di altri oggetti cosmici. Mentre i pianeti, le stelle e gli asteroidi sono corpi solidi con superfici fisiche, i buchi neri sono in realtà regioni dello spaziotempo delimitate da una superficie esterna non fisica chiamata orizzonte degli eventi, oltre la quale nessuna luce può sfuggire. Ciò significa che quando ruotano, i buchi neri attorcigliano letteralmente il tessuto stesso dello spaziotempo e trascinano con sé qualsiasi cosa all’interno dell’ergosfera.

Mentre la luce viaggia vicino a un buco nero rotante, la rotazione dello spaziotempo fa sì che il percorso della luce sia curvo o attorcigliato – spiega Calmet – . Ciò si traduce in un fenomeno chiamato lente gravitazionale, in cui la traiettoria della luce viene deviata a causa dell’influenza gravitazionale del buco nero rotante”.

L'effetto di questa curvatura, chiamato “frame dragging” (trascinamento del fotogramma) o “effetto Lensing-Thirring”, può dare origine a strani effetti visivi attorno ai buchi neri, portando alla formazione di anelli di luce e persino alla creazione dell’ombra del buco nero.

Il buco nero Sagittarius A* ruota (quasi) alla massima velocità

Per conoscere gli impatti della rotazione di un buco nero, i ricercatori devono conoscere la velocità con cui avviene questa rotazione (momento angolare), a cui viene assegnato un valore compreso tra 0 e 1, dove 0 indica che il buco nero non sta ruotando e 1 è il valore massimo di rotazione. Prima d’ora, sulla velocità di rotazione del buco nero al centro della nostra galassia non c’era però consenso, spingendo i fisici ad utilizzare i dati del telescopio spaziale Chantra per colmare questa lacuna.

In particolare, le osservazioni ai raggi X e le misurazioni delle onde radio emanate dai deflussi di materiale hanno permesso di calcolare che la velocità di rotazione di Sagittarius A* è compresa tra 0,84 e 0,96, un valore che è vicino al limite superiore definito dalla sua massa. I calcoli che hanno permesso di arrivare alla scoperta sono stati descritti in uno studio pubblicato sulla rivista Monthly Notices della Royal Astronomical Society.

Sagittarius A*, con la sua massa di circa 4,5 milioni di soli, ruota molto più rapidamente del buco nero di Messier 87 (M87*) – il primo ad essere mai stato fotografato – che ha una massa di circa 6,5 miliardi di soli, nonostante la sua velocità di rotazione, in termini assoluti, sia compresa tra 0,89 e 0,91, dunque molto simile in termini assoluti. Secondo gli studiosi, Sagittarius A* “ruota molto più rapidamente, non perché abbia un momento angolare di rotazione più elevato ma perché, essendo meno massiccio, ha meno distanza da percorrere, ruotando più volte per un giro di M87*”.

L’alta velocità con cui Sagittarius A* sta ruotando indicherebbe inoltre che una parte significativa della massa del buco nero proviene dall’accrescimento. “Scoprire che Sagittarius A* ruota alla sua velocità massima ha implicazioni di vasta portata per la nostra comprensione della formazione del buco nero e dei processi astrofisici associati a questi affascinanti oggetti cosmici” ha osservato Calmet. In questo modo è possibile infatti conoscere la storia e la struttura della nostra galassia, mettere alla prova le diverse teorie e persino dedurre l’esistenza di oggetti interessanti e intriganti, come i tunnel spazio-temporali (wormhole).

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